毕业设计方案基于PLC的桥式起重机的设计.doc

基于PLC控制桥式起重机设计

四川师范大学 吴洪权 指引教师 邹惠林

内容摘要：
本文研讨基于可编程序控制器（PLC）和变频器桥式起重机控制系统改进。阐述了交流桥式起重机在实际中应用以及PLC在改造方案中拟定，亦涉及在改造过程中设备选型。本文以西门子S7-200系列PLC为例，讲述了PLC在交流桥式起重机改造中控制方案。与老式控制方案相比，采用PLC控制桥式起重机可以简化繁重设备，使控制更加安全可靠。从经济效益与环境效益角度分析，本设计虽然前期投入一某些资金用于购买PLC及变频器等设备，但是长期运营后维修成本远低于原系统，并且节能可达30%左右。设计中变频器通过PLC进行无触点控制，使设备运营更加精确，并且减轻了人员劳动强度，提高了工作效率。
核心词：桥式起重机 变频器 PLC 控制系统

The Design of PLC-based Bridge Crane System

Abstract：
This text discussion the improved design of bridge crane control system based on PLC and frequency converter. Introduced the application of Bridge crane，the application of PLC in reconstructive transform and choosing the device. The text takes Siemens S7-200 PLC series as an example，introduced the control project of Bridge crane system. Compared with traditional control scheme，PLC-based Bridge Crane can Simplify the heavy equipment，and make control more safety and reliable. Analysis from economic benefits and environmental benefits，The maintenance cost is far below original system after long-term operation，and Saves about 30% of energy，beside a fond musts put into buying PLC and inverter and other equipment . In this design，Inverter non-contact programmable controller controls the equipment to run more accurate，as well as reduced labor strength，increased efficiency.
Key words：bridge crane；frequency converter；PLC；control system

目录
前言 1
1 设计规定及方案选取 2
1.1 系统设计规定 2
1.2 题目分析 2
1.3 系统方案选取 2
2 系统硬件设计 4
2.1 PLC实现主令控制器 4
2.2 限位器及安保电路 5
2.2.1 限位器 6
2.2.2 安保开关 6
2.2.3 电磁抱闸 6
2.3 可编程控制器 6
2.3.1 可编程控制器特点 6
2.3.2 可编程控制器选型 7
2.3.3 I/O端口分派 8
2.3.4 PLC系统接线方式 9
2.4 变频器 10
2.4.1 变频器控制方式选取 10
2.4.2 变频器容量选取 10
2.4.3 变频器制动电阻 11
2.5 电动机选取 11
2.6 安全装置 12
2.6.1 栏杆 12
2.6.2 限位开关 12
2.6.3 缓冲器 12
2.6.4 排障板 12
3 系统软件设计 13
3.1 主程序 13
3.2 公用程序 14
3.3 大车控制程序 16
3.4 其她子程序设计 17
4 系统仿真及调试 18
5 设计总结 19
附录 20
附录1 桥式起重机PLC控制系统STL语言程序设计 20
附录2 桥式起重机PLC控制原理图 27
附录3 桥式起重机PLC控制系统I/O口分派表 27
参照文献 28
道谢

前言
桥式起重机是桥架在高架轨道上运营一种桥架型起重机，又称天车。桥式起重机桥架沿铺设在两侧高架上轨道纵向运营，起重小车沿铺设在桥架上轨道横向运营，构成一矩形工作范畴，就可以充分运用桥架下面空间吊运物料，不受地面设备阻碍。
老式桥式起重机采用继电器控制与串电阻调速，使用凸轮控制器控制各台电动机。而桥式起重器普通在码头、厂房内，工作环境相称恶劣，并且重载下频繁起动、制动、反转、变速等，规定有一定调速范畴。因此老式继电器控制与串电阻调速已呈现诸多弊端，有必要采用新控制办法对其进行改造。
随着工业自动化发展，PLC、变频器在工厂设备改造中得到了广泛应用。PLC具备可靠性高，抗干扰能力强，适应性强，应用灵活，编程以便，易于使用，控制系统设计、安装、调试、维修以便，维修工作量少等一系列长处。而变频器可以提供频率可调交流电源，并且可以实现多段速度控制。因而，“PLC+变频器”控制方式在桥式起重机改造中十分流行。
本文着重阐述如何采用PLC作为控制核心，采用变频器拖动电动机，实现老式继电器控制桥式起重机改造。为减少工作人员劳动强度，采用三档位主令控制器作为操作面板。PLC作为整个控制系统核心，它接受主令控制器发出向前、向后、零位、调速等控制信号，限位器输入限位信号，以及安保电路输入保护信号，经PLC内部运算后分别发送给四台变频器。变频器接受来自PLC控制信号，控制电动机按照操作人员操作运营。主令控制器开关与惯用启动、停止等按钮集中于控制舱内操作面板上，供操作人员操作使用。
经改造桥式起重机有如下长处：
⑴桥式起重机启动、制动、加速、减速等过程更加平稳迅速，定位更加精确，减少了负载波动，安全性大幅提高。
⑵系统运营开关器件实现了无触点化，具备半永久性寿命。
⑶由于电动机启动电流限制得较小，频繁启动和停止时电动机热耗减少，寿命延长。
⑷电磁制动器在低速时动作,其闸皮磨损很小，使用寿命延长。
⑸减少了对电网冲击。
⑹节约能源，变频调速启动、制动、加速、减速等过程中，电机运营电流小。以本案来讲，节能可达30%左右。

1 设计规定及方案选取
1.1 系统设计规定
既有一台15/3t交流桥式起重机，采用起重用绕线式交流异步电动机拖动，其中横梁移动使用2台相似电动机，小车移动使用一台电动机，主钩和副钩各使用一台电动机。5台电动机均采用了转子串电阻调速方式，以增长启动转矩，减少启动电流。由于工作环境恶劣，空气中水分对电机滑环、碳刷及接触器腐蚀较大，加上任务重，操作流程复杂，冲击电流大，触头消蚀严重，碳刷冒火，电机及转子绕组所串电阻烧损、断裂故障时有发生，对生产影响较大。转子串电阻调速，机械特性软，负载变化时，转速也变化，调速效果差，所串电阻长期发热，电能挥霍大，效率低。规定对其进行改造，减少电路中冲击电流，变化调速方式，减少操作人员劳动强度，提高系统效率。
1.2 题目分析
题目中原有交流桥式起重机系统采用接触器控制电源电路启动、停止、限位；使用凸轮控制器控制大车、小车、副钩电动机迈进、后退、零位、加速、减速；而主钩迈进、后退、零位、加速、减速等动作使用主令控制器完毕，并且各电机均设电磁抱闸装置刹车。5个电动机都使用转子串电阻调速，其中主钩电动机串有7级电阻，别的电动机串有5级电阻。
经分析，电路中凸轮控制器触点上流过即是电动机工作电流，操作开关开合时容易浮现冲击电流，减少了接触器触点寿命。为了延长使用寿命，触点往往做得十分笨重，不但增长了设备体积，也给操作带来了不变；转子串电阻调速方式使机械特性变软，所串电阻长期发热，极大地挥霍了电能；每一台电动机配备一台凸轮控制器或主令控制器方式使得操作面板上控制开关种类繁多，容易浮现误操作。
为了克服以上缺陷，在改造中采用PLC代替接触器开关，使设备体积减小，操作强度也随之下降；使用桥式专用变频器代替转子串电阻调速，增长了机械特性硬度，也不存在发热问题，提高了系统效率；5台电动机共用一台主令控制器控制，减少了按钮数量，从而提高了系统可靠性。原有系统中电磁抱闸装置，过电流保护装置，动作限位开关，横梁栏杆安全开关，舱门安全开关等安保装置均予以保存，以提高整个系统可靠性。
1.3 系统方案选取
从以上题目分析来看，改造后交流桥式起重机控制系统包括如下几种某些：主令控制器、限位器、保护输入、PLC、4台变频器、5台电动机（大车电动机两台），其控制框图如下图

图1 交流桥式起重机控制系统框图
本设计使用PLC实现主令控制器开合表逻辑功能，以代替原有系统中为每台电动机设立一台主令控制器或凸轮控制器设计。为了避免主令控制器占用过多I/O口，使用精简后3档主令控制器。限位器与保护输入均保存老式开关器件，并将其输入到PLC中以便解决。
本系统共有输入点25个，输出点28个，共53个I/O口。采用西门子S7-200（224）型PLC作为控制核心，该PLC集成RS-485通信接口，具备较强通信能力；拥有7个扩展模块，可连接外部数字量扩展模块；拥有继电器输出、晶体管输出两种方式，具备较强控制功能。本系统使用晶体管输出，寿命长，可合用于频繁开合场合。由于S7-200（224）型PLC本机数字量I/O为14入/10出，不能满足本系统对I/O口规定，因而外部扩展3个EM223（8入/8出）模块。
由于起重机机构多为恒转矩负载，故选用带低速转矩提高功能电压型变频器。平移机构惯量较大，负载变化相对小，属于阻力性负载，故大车、小车选用U/f 开环控制方式安川CIMR-F7B4045 型变频器；起升机构惯量较小，负载变化大，属于位能性负载，为获得迅速动态响应，实现对转矩迅速调节，获得抱负动态性能，普通采用矢量控制方式，故主副钩升降机构选用安川CIMR-G7B4055型变频器，采用闭环矢量控制方式可获得稳定工作状态和良好机械特性。
桥式起重机电气传动系统有大车电动机两台、小车电动机一台、15吨主钩、3吨副钩提高电动机各一台，这次设计总思路是用4台变频器来控制5台电机。起重机提高和运营机构调速比普通不不不大于1:20，且为断续工作制，普通接电持续在60%以上，负载多为大惯量系统。因而起重机运营机构选用普通电机，提高机构电机选用适合频繁起动、转动惯量小、起动转矩大变频用电机。电动机功率选取，必要依照生产需求来决定。普通来说，起重机用电动机比普通工业生产机械所用电动机功率大10%左右。

2 系统硬件设计
由于本设计采用一台S7-200型PLC控制四台变频器操作5台电动机运营，因而，四台变频器所需输入口线均接在这台PLC上，再由四台变频器分别控制相应电动机。下图（图2）画出了桥式起重机PLC控制原理图。为简便起见，图中并未画出所有I/O口线。

图2 桥式起重机PLC控制原理图
2.1 PLC实现主令控制器 又名主令开关，重要用于电气传动装置中，按一定顺序分合触头，达到发布命令或其她控制线路联锁、转换目，包括凸轮控制器。

继电接触器为基本桥式起重机电路，往往以凸轮控制器 亦称接触式控制器，是一种大型控制电器，多档位、多触点，运用手动操作，转动凸轮去接通和分断通过大电流触头转换开关。与主令控制器区别在于其不需要加继电接触器就可以分断大电流。
实现大车、小车、副钩操作，以主令控制器加继电器屏实现主钩操作。但凸轮控制器操作中同步切换触点毕竟太多，且切换又多是电动机主电路触点，为了切换大容量电流，触点都制造得厚重，这就为操作带来了阻力和很大劳动强度。另一方面，凸轮控制器中有形触点在频繁切除中很容易出故障，给维修带来了不便。本设计中设法使用PLC实现起重机中各电动机主辅电路逻辑连接关系，将有形触点化为PLC内部无形逻辑关系。表1给出了一种经精简后主令控制器开合表，并为各挡位接通触点安排了PLC输入口。为满足大电流切换需要，PLC输出必要连接接触器及继电器。
表1 三档主令开关开合表
输入端口
向前
零位
向后
I0.5
x

I0.6

x

I0.2

x
注 x--接通

本设计使用图3所示一种三档位主令控制器及两只升降速按钮作为操作器件，使用PLC及接触器模仿凸轮控制器工作。三档位主令控制器开合表如表1所示。该主令控制器可以实现电动机正向运营选取及反向运营选取间机械互锁，汽车档位式设计符合起重机操作人员操作习惯，使用两只按钮进行升降速也更加以便，其实现控制规定重要有：
⑴ 在按动接于I1.1及I1.0按钮时，使加减速档位存储器VB100中存储数字在1～5间依顺序变化，以控制输入电动机电源频率大小。实现办法是加1及减1指令，在VB100中数值不大于5时可加操作，不不大于0时可减操作。
⑵ 电动机方向控制由主令控制器实现，手柄置向前位时，I0.5接通，正转接触器工作，驱动变频器带动电动机正转；手柄置向后位时，I0.6接通，反转接触器工作，带动电动机反转。由正转到反转，或由反转到正转都必要通过零位，手柄位于零位表达已关断正在运营接触器，准备接通下一种接触器，同步零位亦将VB100清零，变频器将处在速度档位为0位置。

图3 三档主令控制器及变速按钮示意图
2.2 限位器及安保电路
桥式起重机作为工矿、机械中重要起吊设备，对安全性与可靠性规定较高。起重机设有紧急开关，可以在浮现事故时紧急停止，横梁（大车，下同）设有栏杆安全开关，操作舱设有舱口安全开关，横梁、小车、主副钩均设有安全限位开关和电磁抱闸系统，电路设有过电流继电器。这些保护可以保证起重机安全运营，现分别论述这些保护模块功能。此外变频器中包括短路、过压、缺相、失压、过流、超速、接地等各种保护功能和故障自诊断及显示报警功能，可在电动机浮现这些故障时起保护作用，在此不再赘述。
2.2.1 限位器
桥式起重机限位器包括横梁先后向限位开关、小车左右向限位开关、主钩限位开关及副钩限位开关。本系统限位开关使用直动式行程开关，它动作原理是靠移动物体碰撞其可动部件使常开触头接通、常闭触头分断，实现对电路控制。移动物体一旦离开，行程开关复位，其触点恢复为原始状态。
各开关按照电动机容量并留有一定余量选定，推荐选用LX31或 JLXK1系列开关。
2.2.2 安保开关
安保开关涉及横梁栏杆安全开关、操作舱安全开关、紧急开关、各电动机过电流保护开关等。将这些开关接在PLC输入口上，构成起重机安全保护电路。
2.2.3 电磁抱闸
起重机是一种间歇动作机械，要经常地启动或制动。为保证起重机安全精确吊物，无论起升机构中或者运营机构、旋转机构中都应当设有制动装置。本设计采用机械抱闸装置YA，将该装置并联在三相交流电源A、C两相上。当按下启动按钮后，YA得电打开，按下停止按钮时，YA抱紧，起制动作用，YA与电动机同步。
2.3 可编程控制器
PLC是本系统控制核心，负责接受主令控制器、限位器、开关等输入器件和变频器等输出器件开通与关断。
2.3.1 可编程控制器特点
2.3.1.1 高可靠性、抗干扰能力强
⑴所有I/O接口电路均采用光电隔离，使工业现场外电路与PLC内部电路之间电气上隔离。
⑵各输入端均采用R-C滤波器，其滤波时间常数普通为10~20ms.
⑶各模块均采用屏蔽办法，以防止辐射干扰。
⑷采用性能优良开关电源。
⑸对采用器件进行严格筛选。
⑹良好自诊断功能，一旦电源或其她软、硬件发生异常状况，CPU及时采用有效办法，以防止故障扩大。
⑺大型PLC还可以采用由双CPU构成冗余系统或有三CPU构成表决系统,使可靠性更进一步提高。
2.3.1.2 丰富I/O接口模块
PLC针对不同工业现场信号，如：交流或直流，开关量或模仿量，电压或电流，脉冲或电位， 强电或弱电等，有相应I/O模块与工业现场器件或设备，如：按钮、行程开关、接近开关、传感器及变送器、电磁线圈、控制阀等直接连接。
此外为了提高操作性能，它尚有各种人-机对话接口模块，为了构成工业局部网络，它尚有各种通讯联网接口模块等。
2.3.1.3 采用模块化构造
为了适应各种工业控制需要，除了单元式小型PLC以外，绝大多数PLC均采用模块化构造。PLC各个部件，涉及CPU、电源、I/O等均采用模块化设计，由机架及电缆将各模块连接起来，系统规模和功能可依照顾客需要自行组合。
2.3.1.4 编程简朴易学
PLC编程大多采用类似于继电器控制线路梯形图形式，对使用者来说，不需要具备计算机专门知识，因而很容易被普通工程技术人员所理解和掌握。
2.3.1.5 安装简朴，维修以便
PLC不需要专门机房，可以在各种工业环境下直接运营。使用时只需将现场各种设备与PLC相应I/O端相连接，即可投入运营。各种模块上均有运营和故障批示装置，便于顾客理解运营状况和查找故障。由于采用模块化构造，因而一旦某模块发生故障，顾客可以通过更换模块办法，使系统迅速恢复运营。
2.3.2 可编程控制器选型
在控制上，规定PLC可靠工作，基本实现无触点控制，以便整个系统升级，且更加节能。当前，国内外有多家公司生产了一系列PLC，它们都具备各自特点。例如三菱公司生产PLC环境适应能力较强，往往用于重工业领域等环境复杂地方，典型应用为机床；欧姆龙公司生产PLC功能强大，系列齐全，但是环境合用能力不如其她PLC，通惯用于电子行业；而西门子公司PLC编程简朴，很容易实现构造化编程，通信能力强，较合用于初学者合用。
综合各种PLC性能、价格以及易用性，本设计选用西门子S7-200系列PLC。该系列PLC属于小型可编程控制器，有很强通信功能，在大型网络控制系统中能充分发挥作用，以便日后整个起重机系统升级。
S7-200系列PLC提供5种不同基本单元（CPU），其中，CPU221型PLC不提供扩展功能，其数字量I/O为6入/4出，无法满足系统设计规定。考虑到桥式起重机I/O口较多，选取CPU224或CPU226外加EM223模块PLC均可满足本系统设计规定。本设计选用CPU型号为CPU224PLC，外加三个EM223（8入/8出）数字量扩展模块，这样I/O数量扩展就为38入/34出，满足系统规定。日后若要对系统进行升级，只需增长数字量扩展模块即可。桥式起重机PLC控制原理图如图2所示。
其重要功能如下：
1）变频器运营、停止控制；
2）控制制动器，保证电动机停止时可以及时制动，既不提前，也不延后； 3）升降变频器控制方式切换；
4）电气闭锁保护控制；
5）升降、开闭变频器中任意一台变频器报警故障时，两台变频器均可以及时停止输出，并同步制动；
6）任何时刻断电，系统将会及时停止运营，制动器制动。
2.3.3 I/O端口分派
表2 I/O端口分派表
I/0点
用途
I/0点
用途
I/0点
用途
I/0点
用途
I0.0
主回路启动
I1.7
小车启动按钮
Q0.5
大车反转
Q2.4
主钩变频器X2
I0.1
主回路停止
I2.0
小车停止按钮
Q0.6
大车变频器X1
Q2.5
主钩变频器X3
I0.2
主令控制器零位
I2.1
小车故障保护
Q0.7
大车变频器X2
Q2.6
副钩电源
I0.3
前限位
I2.2
主钩过电流保护
Q1.0
大车变频器X3
Q2.7
副钩正转
I0.4
后限位
I2.3
主钩启动按钮
Q1.1
小车电源
Q3.0
副钩反转
I0.5
主令控制器向前
I2.4
主钩停止按钮
Q1.2
小车正转
Q3.1
副钩变频器X1
I0.6
主令控制器向后
I2.5
主钩故障保护
Q1.3
小车反转
Q3.2
副钩变频器X2
I0.7
主回路过电流保护
I2.6
副钩启动按钮
Q1.4
小车变频器X1
Q3.3
副钩变频器X3
I1.0
主令控制器加速
I2.7
副钩停止按钮
Q1.5
小车变频器X2
M11.2
电机正接
I1.1
主令控制器减速
I3.0
副钩故障保护
Q1.6
小车变频器X3
M11.3
电机反接
I1.2
急停
Q0.0
主电源输出
Q1.7
主钩过电流保护
M10.4
变频器X1
I1.3
复位
Q0.1
急停输出
Q2.0
主钩电源
M10.5
变频器X2
I1.4
大车启动按钮
Q0.2
复位输出
Q2.1
主钩正转
M10.6
变频器X3
I1.5
大车停止按钮
Q0.3
大车电源
Q2.2
主钩反转

I1.6
大车故障保护
Q0.4
大车正转
Q2.3
主钩变频器X1

本系统输入口涉及主回路启停、主令控制器各位置、各电动机限位、各电动机启停、各电动机故障输入、过电流保护、急停、复位等；输出口涉及主电路电源、急停输出、复位输出、各电动机电源、各电动机正反转、各电动机变频器输出、过电流保护输出等。
其中主回路启停输入由按钮开关接入PLC，用以控制总电路通断，当按下停止按钮时，整个系统将完全停止，PLC中保存档位信息清零，各电动机继电接触器断开，电磁抱闸机构开通，各电动机抱闸，保证现场工作人员安全。主令控制器各位置接入PLC输入端口，操作人员可通过控制屏控制电动机正反转，加减速等操作。各电动机限位开关保证电动机在规定位置内移动，过电流保护输入是防止由于过电流导致电动机过载。各电动机启停与故障输入接在PLC输入端口上，用以控制电动机启动与停止。急停与复位按钮是浮现紧急状况时控制按钮。
以上为输入端口分派方式，下面简介输出端口分派方式：主电路电源以及各电动机电源为整个电路提供电源，由于各电动机均设有独立电源，因此各电动机可以单独控制。当电动机紧急状况时使用急停输出、复位输出复位到初始状态，它们接在PLC输出端口上，并通过继电器接到变频器上。各电动机正反转、各电动机变频器输出、过电流保护输出是控制和保护各电动机工作口线。
将控制桥式起重机线路接在PLCI/O口上，通过软件编程就可以控制系统工作了。
2.3.4 PLC系统接线方式
可编程控制器完毕系统逻辑控制某些，含接受主令控制器送来操作信号、对变频器控制及系统安全保护，是系统核心。现以大车为例阐明PLC接线及工作过程。

图4 大车PLC及变频器接线示意图

大车PLC及变频器接线示意图如图4所示。图中电动机启动按钮、停车按钮，主令控制器5个触点，以及系统安保用各种限位设备都接在PLC输入口上。输出口上接是许多小型继电器。它们是用来控制变频器输出相序及频率，其中K1控制变频器正向相序端，K2控制变频器反向相序端，当K1及K2中其一接通时，变频器输出一定相序电源，当两者都接通或都不接通时，变频器终结电源输出，K6、K7连接是变频器急停及复位端子。而K3、K4、K5所连接X001、X002、X003为变频器多段频率选取端，运用这三个端子组合，可有七种速度可选取，详细速度值可以通过变频器功能码设定，本设计中只运用其中5档速度，X1、X2、X3组合关系与速度档位关系如表3所示：
表3 变频器多段频率端子状态表
速度档位
0
1
2
3
4
5
6
7
X001
0
1
0
1
0
1
0
1
X002
0
0
1
1
0
0
1
1
X003
0
0
0
0
1
1
1
1
注： 0-断 ，1-通
2.4 变频器
变频器为电动机提供频率可调节交流电源，是实现电动机速度调节核心设备。本系统变频器采用日本安川CIMR-G7B、CIMR-F7B系列起重专用变频器。
2.4.1 变频器控制方式选取
由于起重机机构多为恒转矩负载，故选用带低速转矩提高功能电压型变频器。
大车、小车是普通反抗性负载，负载变化相对小，属于阻力性负载，可以配用普通型或高功能型变频器，故大车、小车选用U/f 开环控制方式安川CIMR-F7B4045 型变频器；而主钩及副钩负载变化大，属于位能性负载，为获得迅速动态响应，实现对转矩迅速调节，获得抱负动态性能，普通采用矢量控制方式，故主钩升降、副钩升降选用安川CIMR-G7B4055型变频器，采用闭环矢量控制方式以获得稳定工作状态和良好机械特性。
从变频器工作频率控制来看，可以采用变频器模仿量电压控制端加接电位器方式，这样电动机转速是无极调速。但这样方式与老式操作方式相差较远，考虑到转速平滑调节对起重机来说并不重要，则可以采用变频器机外开关多段速度选取方式实现速度控制，这和选用主令控制器作为操作器件是配套。采用变频器后，电动机正反转控制也变得简朴多了，不再需要使用接触器互换电源相序，只要操作变频器相序控制端口就可以了。
2.4.2 变频器容量选取
变频器容量选取是以电动机额定功率为根据。由于绕线转子异步电动机与通用鼠笼异步电动机相比，其绕组阻抗较小，因而使用变频器调速时应考虑纹波电流引起过电流跳闸状况，同样功率下电动机，绕线转子异步电动机额定电流往往较大，因此选取时应考虑一定余量。虽然起重机升降机构转动惯量很小，加速时间较短，但考虑到电网电压波动因素，以及安全劳动部门对起重机1.25倍额定静载荷检测规定等因素来选取起升机构电动机变频器容量。大车、小车运营机构属于大惯量负载，其加减时间普通不超过20 s，变频器短时过载能力为150％，不同加速时间对变频器容量计算不同，当加速时间>2 min时，变频器功率选取应放大些，以此来选取大车、小车运营机构电动机变频器容量。

2.4.3 变频器制动电阻
起重机变频器，特别是主钩及副钩变频器，需配用制动电阻。起重机放下重物时，由于重力作用电动机将处在再生制动状态，拖动系统动能要反馈到变频器直流电路中去，使直流电压不断上升，甚至达到危险地步。因而，必要将再生到直流电路里能量消耗掉，使直流电压保持在容许范畴内。制动电阻就是用于消耗这某些能量。
2.5 电动机选取
桥式起重机运营机构多为恒转矩负载，可以使用专用变频调速起重电机，也可以使用起重机原有线绕转子电动机，将转子绕组短接就可以了。
提高机构电机选用适合频繁起动、转动惯量小、起动转矩大变频用电机。当前，国外以四极电机作变频电机首选极数。电机功率为：
    式1
式中P——功率，kw；
W——额定起重量(最小幅度时)＋吊钓重量＋钢丝绳重量，N；
V——提开速度，m/s；
η——机械效率。
用变频器驱动异步电动机时，由于变频器换向冲击电压及开关元件瞬间开闭而产生冲击电压(浪涌电压)引起电机绝缘恶化，对电压型PWM变频器应尽量缩短变频器与电机间接线距离或者考虑加入阻尼回路(滤波器)。
电动机功率选取，必要依照生产需求来决定。普通来说，起重机用电动机比普通工业生产机械所用电动机功率大10%左右。
电动机选取取决于下面两个重要条件：
(1) 发热 电动机在工作时，一方面将电能转变为机械能而做功，另一方面由于电动机绕组自身阻抗要消耗一某些电能转变成热能，使电动机温度升高。电动机由于受体积构造等限制，内部绝缘材料耐热能力很差，极易导致老化。当温度超过电动机所容许限度时，绝缘能力被破坏，电动机将烧毁。电动机铭牌上都规定有电动机温升，它指是电动机在额定负载下运营时，定子发热后容许温升与周边环境温度之差。
(2) 过载能力 各种电动机均有一定过载能力。交流电动机过载能力tm是最大转矩与额定转矩比值，即普通起重机用交流异步电动机过载能力为2.5～3.3。交流电动机过载能力为：
    式2
式中，--电动机容许最大转矩；
    --电动机额定转矩。
各种电动机过载能力可从设计手册中查得。
电动机因过载而发生温升需要有一段时间，从发热方面来说，容许有短时过载。但就过载能力而言，虽然在很短时间内也是容许。因此发热和过载能力必要同步考虑。
桥式起重机电气传动系统有大车电动机两台、小车电动机一台、15吨大钩、3吨小钩提高电动机各一台，这次设计总思路是用4台变额器来控制5台电机。依照分析计算后电机基本选型见表4。
表4 电动机选取
各某些
型号
标称功率 KW
额定电流 A
额定转矩 N.m
额定转速 r/min
过载能力
转动惯量 kg.m
重量
kg
小车
YZ160MR-6Z
11
22
70
1465
3.5
0.085
125
大车
YZ160M2-6
22
43.7
140.0
1465
3.5
0.148
210
主钩
YZ80-S-10Z
110
200
700.2
1465
3.3
1.768
680
副钩
YZ180L-6Z
30
58
190.9
1465
3.2
0.248
280
2.6 安全装置
起重小车安全装置重要有栏杆、限位开关、撞尺缓冲器、排障板等
2.6.1 栏杆
桥式起重机起重小车运营轨道中间为钢丝绳和吊钩工作空间，考虑到维修人员在小车上工作安全，小车架朝着这个空间两边都焊有保护栏，小车架另两边朝着走台，为以便维修人员上下小车不设栏杆。
2.6.2 限位开关
当起升机构或运营机构运动到极端位置时，用限位开关来切断电源开关，防止因操作失误发生事故。
2.6.3 缓冲器
为防止运营机构行程限位开关失灵，小车架上安装了弹簧缓冲器。在桥架小车轨道极端位置处装上挡铁，用它来阻挡小车运动并使缓冲器吸取碰撞时能量。国家规定，容许最大减速度为4m/s。当小车速度不高时，也可用橡胶块和木块来缓冲。
2.6.4 排障板
焊在小车架上位于车轮外边钢板，它作用是在运营时排除小车轨道上也许存在障碍物，如维修时遗忘而搁在轨道上工具等。
3 系统软件设计
PLC程序编制以实现PLC在系统中任务为目。整个桥式起重机程序分为主程序、公用程序、大车程序、小车程序、主钩程序、副钩程序6个某些。主程序接受相应按钮输入，分别调用别的5个子程序。公用程序实现PLC模仿主令控制器功能，并将信息存入中间继电器中。而大车、小车、主钩、副钩等程序分别详细控制各电机运营。现分别简介各程序功能：
3.1 主程序
主程序功能简朴，重要是实现调用各子程序。当PLC上电工作时，SM0.0接通，调用公用程序，完毕初始化。此外，设有总电路开关，当启动开关I0.0接通，停止开关I0.1及过电流保护开关I0.7常闭触头闭合时，接通总电源输出开关Q0.0，并自保持。这时整个电路将通电，公用程序完毕初始化，等待操作人员按下大车、小车、主钩或副钩启动按钮，启动相应子程序。主程序梯形图设计如下：

图5 主程序梯形图程序设计
3.2 公用程序
设立公用程序可以充分运用PLCI/O点，减少外部接线，其程序重要是实现电机正反转、提减速，用辅助继电器输出为背面各子程序调用作准备。
编程基本思想是用比较传送方式，按下I1.0或I1.1时，使存储器VB100中数在1～5间顺序变化，控制输入到变频器中档位变化实现调速。当主令控制器处在零位，或输入到VB100中数不不大于5或者不大于0时，将使VB100置零。此外，在上电第一种周期，SM0.1得电，VB100亦将置零。
公用程序还将接受向前或者向后输入，实现主令控制器向前或者向后功能。公用程序STL语言如下：
TITLE = 公用程序
Network 1 上电及主令开关通过零位时清档位存储器VB100
LD I0.2 //主令控制器零位开关I0.2
ED //浮现下降沿
LD M11.2 //主令控制器处在向前位
ED
OLD
LD M11.3 //主令控制器处在向后位
ED
OLD
O SM0.1 //上电第一种周期
AN I0.1 //停止按钮按下时，不完毕初始化
MOVB 0，VB100 //清档位存储器VB100
Network 2 VB100为0时M11.0置1
LDB= VB100，0 //比较VB100中数与0大小
= M11.0 //将比较后成果存入M11.0
Network 3 VB100为5时M11.1置1
LDB= VB100，5 //比较VB100中数与5大小
= M11.1 //将比较后成果存入M11.1
Network 4 I1.0接一次，VB100加1（VB100不大于5）
LD I1.0 //加速开关I1.0
EU //浮现上升沿
AN M11.1 //中间继电器M11.1，VB100不不大于5时，M11.1通电
INCB VB100 //VB100自增1,
Network 5 I1.1接一次，VB100减1（VB100不不大于0）
LD I1.1 //减速开关I1.1
EU
AN M11.0 //中间继电器M11.0，VB100不大于0时，M11.0通电
DECB VB100 //VB100自减1
Network 6 速度输出程序
LDN I0.1 //停止按钮I0.1常闭触点
AN M11.3 //串联正反转中间继电器，
AN M11.2 //防止按下正反转时,进行加减速操作
A Q0.0 //主电源输出点Q0.0
LPS
LDB= VB100，1
OB= VB100，3
OB= VB100，5
ALD
= M10.4 //变频器速度选取端X001
LRD
LDB= VB100，2
OB= VB100，3
ALD
= M10.5 //变频器速度选取端X002
LPP
LDB= VB100，4
OB= VB100，5
ALD
= M10.6 //变频器速度选取端X003
Network 7 主令控制器控制电动机正反转
LDN I0.1
A Q0.0
LPS
AN I0.3 //前限位开关
A I0.5 //主令控制器向前档
AN M11.3 //并联M11.3，与M11.2互